Tirando o máximo proveito de seu pedido de PCB (e corrigindo erros): 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Ao fazer pedidos de PCBs online, você costuma obter 5 ou mais PCBs idênticos e nem sempre precisa de todos eles. O baixo custo de ter esses PCBs feitos sob medida é muito atraente e muitas vezes não nos preocupamos com o que fazer com os extras. Em um projeto anterior, tentei reutilizá-los da melhor maneira que pude e, desta vez, decidi planejar com antecedência. Em outro Instructable, eu precisava de um PCB para conter algumas placas de desenvolvimento de microcontroladores baseados em Espressif e achei que esse seria o caso ideal para PCBs reutilizáveis. No entanto, nem tudo sai como planejado.

Etapa 1: Design

Esse projeto precisava de um PCB para abrigar uma placa de desenvolvimento ESP32 e uma placa de desenvolvimento ESP8266 tipo Lolin. Essas duas placas têm alguns pinos de IO úteis que não seriam usados naquele projeto. As placas extras poderiam ser muito úteis mais tarde, se mais desses pinos não usados estivessem acessíveis. Eu também queria acomodar duas variantes das placas de desenvolvimento ESP32. Eu tinha a versão de 38 pinos e a versão de 30 pinos. Comparando as pinagens dos dois, pode-se ver que se o pino '1' da variante de 30 pinos for conectado na posição do pino 2 da versão de 38 pinos, a maioria dos pinos do lado esquerdo corresponderia. Decidi que poderia consertar isso com o uso cuidadoso de alguns jumpers.

No lado direito do tabuleiro, eles não combinaram muito bem. Os pinos I2C (IO22 e IO21) estavam bem, assim como UART0 (TX0 e RX0), no entanto, os pinos SPI e UART2 foram todos deslocados. Achei que também poderia consertar isso com jumpers. Portanto, esse plano era poder usar os dois tipos de placas ESP32 e também preencher o PCB com tantos cabeçalhos de IO quanto eu pensei que poderia usar algum dia. Eu também queria a possibilidade de usar as duas placas (ESP32 e ESP8266) separadamente, então o layout teria que permitir o corte do PCB.

Etapa 2: O Layout do PCB

Comecei com o design inicial (básico) de que precisava para aquele projeto e então decidi atualizá-lo para acomodar tantos usos quanto eu pudesse caber no quadro. Você pode ver no segundo esquema que está um pouco mais lotado.

O PCB não poderia ser maior do que 100 mm x 100 mm (menor seria melhor), então isso adicionou um pouco de restrição de espaço. Eu tinha o layout inicial no Fritzing e decidi continuar com ele, mas não me preocupei muito com a visualização do breadboard, pois você pode ver que é quase ininteligível.

Eu configurei vários conectores de porta I2C para as placas ESP32 e ESP8266, configurei cada um para ter seu próprio conector de alimentação e trouxe alguns dos pinos IO digitais para ambos. Coloquei orifícios de montagem extras para permitir que eles sejam cortados e montados separadamente. Decidi que não iria me preocupar com IO00, IO02 ou IO15 e acabei com o layout descrito.

Para uso com a placa ESP32 de 38 pinos, os seguintes jumpers precisaram ser encurtados: JG1, JG2 e JG4

Para uso com placas ESP32 de 30 pinos, esses jumpers precisavam de curto: JG3, JG5, JP1, JP2, JMISO, JCS, JCLK, JPT e JPR.

Etapa 3: os PCBs

Encomendei os PCBs da PCBWay, mas há outros fabricantes que oferecem serviços econômicos e rápidos semelhantes. Eles pareciam ótimos … até que olhei mais de perto. A largura das pegadas da placa ESP32 e ESP8266 não estava certa. A largura da pegada (entre os pinos) foi de 22,9 mm em vez de 25,4 mm para a placa ESP32 e 27,9 mm para a placa ESP8266. O layout do orifício da tomada de energia DC também não combinava com as minhas tomadas de energia (e os orifícios eram muito pequenos). Isso não foi culpa do fabricante do PCB, foi tudo meu. Eu deveria ter verificado tudo isso, é claro, e agora tinha que encontrar uma solução. Eu também fiz um teste de corte para ver quais problemas mais surgiriam e, claro, isso arruinou a configuração do jumper SPI (que, aliás, não funcionaria como planejado).

Descobri que se dobrasse os pinos fêmea em 90 graus, poderia soldá-los à superfície da placa de circuito impresso permitindo algum ajuste de largura. Depois de soldar cuidadosamente os pinos de canto e verificar a largura, eu os soldei todos no lugar e testei o encaixe. Funcionou!

O conector de força exigiu uma solução alternativa semelhante, mas o resto dos cabeçalhos se encaixaram perfeitamente. Preenchi um PCB sem cortes e testei-o com minha configuração do servidor da Web e funcionou bem. Em seguida, passei para os PCBs cortados. A placa Lolin ESP8266 funcionou bem, mas o espaçamento para os orifícios de montagem era um pouco próximo.

A placa ESP32 de 30 pinos também funcionou bem, no entanto a porta SPI não estava funcionando e a única solução para isso foram os fios de jumper na parte inferior da placa.

Etapa 4: Notas Finais

No geral, acho que valeu a pena o esforço para tornar as placas mais reutilizáveis. e já comecei a usar um dos PCBs cortados para testar um projeto futuro. Eu prefiro muito mais do que usar placas de ensaio. Provavelmente não usarei mais o Fritzing, já que ele não é amigável para fazer pegadas / símbolos em comparação com outros pacotes (por exemplo, KiCad). Ele torna muito fácil ler as visualizações do breadboard, desde que não sejam muito complexas.

As lições aprendidas são:

1. Sempre verifique pegadas de outras fontes para garantir que correspondem à parte que você está segurando em suas mãos.
2. Use o software EDA que permite que os símbolos e pegadas sejam modificados (razoavelmente) com facilidade.
3. Espere o inesperado e tire o melhor proveito dele!

Uma observação adicional é sempre garantir que as pinagens sejam as mesmas ao buscar símbolos de terceiros para o seu esquema. Eu não tive nenhum problema com isso, mas no passado eu tive um problema em que um regulador de tensão comum tinha pinagens diferentes entre os fabricantes.